【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 hn Teller效應(yīng)。將表面修飾與摻雜結(jié)合無疑能進(jìn)一步提高材料的電化學(xué)性能，相信會(huì)成為今后對(duì)尖晶石型錳酸鋰進(jìn)行改性研究的方向之一。錳酸鋰的生產(chǎn)主要以 EMD 和碳酸鋰為原料，配合相應(yīng)的添加物，經(jīng)過混料，燒成，后期處理等步驟而生產(chǎn)的。從原材料及生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)來考慮，生產(chǎn)本身無毒 害，對(duì)環(huán)境友好。不產(chǎn)生廢水廢氣，生產(chǎn)中的粉末可以回收利用。因此對(duì)環(huán)境沒有影響。目前動(dòng)力類材料的主要指標(biāo)為：可逆容量在 100~115 之間，循環(huán)性可達(dá)到 500 次以上仍保持 80%的容量。磷酸鐵鋰作為鋰電池材料是近幾年才出現(xiàn)的事，自 1996 年日本的 NTT 首次揭露 AyMPO4(A 為堿金屬，M 為 CoFe 兩者之組合:LiFeCOPO4)的橄欖石結(jié)構(gòu)的鋰電池正極材料之后, 1997 年美國(guó)德克薩斯州立大學(xué) John. B. Goodenough 等研究群，也接著報(bào)導(dǎo)了LiFePO4 的可逆性地遷入脫出鋰的特性，美國(guó)與日本不約而同地發(fā)表橄欖石結(jié)構(gòu)(LiMPO4), 使得該材料受到了極大的重視，并引起廣泛的研究和迅速的發(fā)展。逐漸成為國(guó)內(nèi)外新的研究熱點(diǎn)。初步研究表明，該新型正極材料集中了 LiCoOLiNiOLiMn2O4 及其衍生物正極材料的各自優(yōu)點(diǎn)：不含貴重元素，原料廉價(jià)，資源極大豐富；工作電壓適中（） ；平臺(tái)特性好，電壓極平穩(wěn)（可與穩(wěn)壓電源媲美） ；理論容 量大（ 170mAh/g） ；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，安全性能極佳（O 與 P 22 / 71以強(qiáng)共價(jià)鍵牢固結(jié)合，使材料很難析氧分解） ；高溫性能和熱穩(wěn)定性明顯優(yōu)于已知的其它正極材料；循環(huán)性能好；充電時(shí)體積縮小，與碳負(fù)極材料配合時(shí)的體積效應(yīng) 好；與大多數(shù)電解液系統(tǒng)兼容性好，儲(chǔ)存性能好；無毒，為真正的綠色材料與LiCoOLiNiOLiMn2O4 及其衍生物正極材料相比，LiFePO4 正極材料在成本、高溫性能、安全性方面具有突出的優(yōu)勢(shì)，可望成為中大容量、中高功率鋰離子電池首選的正極材料。該材料的產(chǎn)業(yè)化和普及應(yīng)用對(duì)降低鋰離子電池成本，提高電池安全性，擴(kuò)大鋰離子電池產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)鋰離子電池大型化、高功率化具有十分重大的意義，將使鋰離子電池在中大容量 UPS、中大型儲(chǔ)能電池、電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車中的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。但磷酸鐵鋰必然也有缺點(diǎn)的存在。一直以來，磷酸鐵鋰堆積密度低的缺點(diǎn)一直受到人們的忽視和回避，尚未得到解決，阻礙了材料的實(shí)際應(yīng)用。鈷酸鋰的理論密度為 ，商品鈷酸鋰的振實(shí)密度一般為 ；而磷酸鐵鋰的理論密度僅為 ，本身就比鈷酸鋰要低得多?？梢宰鲆粋€(gè)大致估算：磷酸鐵鋰電池單位重量能量接近 100 Wh/kg, 假設(shè)汽車有 200 公斤的電池重量預(yù)算，即可支持 20 kWh 的電池容量。而 噸左右的緊湊型汽車(按軸距分屬 A 級(jí)轎車)百公里耗電量大致是 12 kWh。在每天充電的情況下，20 kWh 的電池容量可以持續(xù)駕駛 1 個(gè)半小時(shí)左右，保守估計(jì)駕駛距離達(dá)到 100 到 150 公里。目前家庭平均年駕駛公里數(shù)大致是 2 萬公里，即使按 200 工作日算的話，每天平均駕駛距離是 100 公里。 比23 / 71亞迪 F3e 純電動(dòng)汽車電池容量 38 kWh, 據(jù)稱可持續(xù)駕駛 300400 公里。 　項(xiàng)目 一般鋰離子電池 磷酸鐵鋰電池 鎳氫電池標(biāo)準(zhǔn)電壓 或 單位質(zhì)量容量 150mAh/g 140mAh/g 80mAh/g單位重量能量 90~150Wh/kg 80~120Wh/kg 50~60Wh/kg單位體積能量 280~300Wh/L 220~240Wh/L 200~220Wh/L循環(huán)壽命 80%,500 次 ＞80%,1000 次 ＜50%,500 次安全 有可能燃燒、爆炸 有可能燃燒、爆炸 有可能燃燒中國(guó)的磷酸鐵鋰電池技術(shù)在世界上并不落后，特別是產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)制造方面。美國(guó)有兩家主要的磷酸鐵鋰電池生產(chǎn)商，A123 和Valence Technology，其磷酸鐵鋰原材料生產(chǎn)和電池制造基地都在中國(guó)，A123 在常州，Valence 在蘇州。A123 的產(chǎn)品廣泛運(yùn)用在Black amp。 Decker 的 DeWalt 手動(dòng)工具產(chǎn)品系列，目前開始為通用汽車的電動(dòng)車提供電池。中國(guó)主要的磷酸鐵鋰電池制造商有比亞迪和萬向集團(tuán)。比亞迪占世界鈷酸鋰電池市場(chǎng)的 30%，就其公布的鐵鋰電池?cái)?shù)據(jù)來看各項(xiàng)指標(biāo)并不落后于 A123 和 Valence Technology。萬向集團(tuán) 2022 年車載鋰電池銷售額達(dá)到 1150 萬元，今年預(yù)計(jì)達(dá)到 2500 萬元。此外日本 Sanyo 和豐田都在開發(fā)此類電池。另有報(bào)道韓國(guó) LG 也在開發(fā)此類電池。磷酸鐵鋰電池充放電效率相對(duì)高一些。在 88% 90%之間。而鉛酸電池約為 80%。磷酸鐵鋰晶體中的 PO 鍵穩(wěn)固，難以分解，即便在高溫或過充時(shí)也不會(huì)像鈷酸鋰一樣結(jié)構(gòu)崩塌發(fā)熱或是形成強(qiáng)氧24 / 71化性物質(zhì)，因此擁有良好的安全性?？梢钥闯鲈谡龢O材料體系下磷酸鐵鋰是較好的材料體系，但是在實(shí)際的運(yùn)行過程中間以磷酸鐵鋰電池為動(dòng)力的電動(dòng)汽車還是出現(xiàn)一些安全問題。 （以上是國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車遇到的安全事故）2022 年 5 月 12 日，美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局 NHTSA 對(duì)沃藍(lán)達(dá)進(jìn)行了側(cè)面碰撞測(cè)試，作為新車評(píng)估測(cè)試項(xiàng)目的一部分；三周之后的 6 月初，停在 NHTSA 測(cè)試中心的沃藍(lán)達(dá)突然起火，并殃及附近其他車輛。以上問題的根本原因在于采用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子動(dòng)力電池僅僅是解決了正極的安全問題。但是負(fù)極材料的安全性成為影響鋰離子動(dòng)力電池安全性的主因。碳為負(fù)極的鋰離子電池，由于在充電過程中，在負(fù)極有金屬鋰的析出，形成鋰枝晶，會(huì)造成電池短路。析出的金屬鋰，和電解液發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生大量熱量，溫度25 / 71升到 170180 度時(shí)，會(huì)引起燃燒或爆炸。以碳材料為負(fù)極的鋰離子電池，發(fā)生惡性事故的機(jī)率始終存在。任何惡性事故都會(huì)推遲鋰離子動(dòng)力電池和電動(dòng)汽車的進(jìn)程。除了安全隱患以外，零含鋰的負(fù)極材料做負(fù)極的鋰電池過放電能力差，不耐低溫，快充性能不好，循環(huán)壽命不夠長(zhǎng)。由此要發(fā)展動(dòng)力電池，提高動(dòng)力電池的技術(shù)水平，就要改進(jìn)現(xiàn)有動(dòng)力電池的技術(shù)體系，致力于發(fā)展以含鋰的負(fù)極材料作為負(fù)極的復(fù)合鋰動(dòng)力電池提高動(dòng)力電池的安全性，提高動(dòng)力電池的循環(huán)壽命，提高動(dòng)力電池的低溫放電能力，提高動(dòng)力電池的過放電能力，從而適應(yīng)新能源革命的要求。與傳統(tǒng)鋰離子電池不同點(diǎn)是，傳統(tǒng)電池的負(fù)極采用碳類材料，而復(fù)合鋰電池的負(fù)極采用的是復(fù)合鋰材。負(fù)極材料使用復(fù)合鋰之后，正極材料及電解液等的選擇余地便大大增加。這樣可獲得傳統(tǒng)鋰離子電池難以實(shí)現(xiàn)的各種功能。其中最重要的特點(diǎn)是安全性高。即使從外部施壓，導(dǎo)致電池被壓爛，或者金屬片穿過電池內(nèi)部等，電池也不會(huì)破裂或起火。具有出色的快速充電性能和長(zhǎng)壽命性能。在氣溫30℃至 60℃電池充放電性能穩(wěn)定。充電時(shí)間僅是普通鋰離子充電電池的一半左右。電池模塊的完全充放電次數(shù)方面，單個(gè)電池3000 次，是普通鋰離子充電電池的 倍以上。第三章 項(xiàng)目產(chǎn)品描述和市場(chǎng)分析一、項(xiàng)目產(chǎn)品描述碳作為零含鋰的負(fù)極材料在應(yīng)用上存在一些弊端： 26 / 71過充電時(shí)易析出鋰枝晶，造成電池短路，影響鋰電安全性能； 易形成 SEI 膜而導(dǎo)致首次充放電效率較低，不可逆容量較大；碳材料的平臺(tái)電壓較低(接近于金屬鋰)，并且容易引起電解液的分解,從而帶來安全隱患；在鋰離子嵌入、脫出過程中體積變化較大，循環(huán)穩(wěn)定性差。與碳材料相比，復(fù)合鋰電池的含鋰負(fù)極材料具有明顯的優(yōu)勢(shì)： 它為零應(yīng)變材料，循環(huán)性能好；放電電壓平穩(wěn)，電解液不致發(fā)生分解，提高鋰電池安全性能； 與炭負(fù)極材料相比，復(fù)合鋰負(fù)極具有高的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)(為 2 *108cm2/s)，可高倍率充放電等； 復(fù)合鋰負(fù)極的電勢(shì)比純金屬鋰的高，不易產(chǎn)生鋰晶枝，為保障鋰電池的安全提供了基礎(chǔ)。以含鋰的負(fù)極材料為基礎(chǔ)開發(fā)出的復(fù)合鋰動(dòng)力電池具有突出的優(yōu)點(diǎn)：其中最重要的特點(diǎn)是安全性高。即使從外部施壓，導(dǎo)致電池被壓爛，或者金屬片穿過電池內(nèi)部等，電池也不會(huì)破裂或起火。具有出色的快速充電性能和長(zhǎng)壽命性能。在氣溫30℃至 60℃電池充放電性能穩(wěn)定。充電時(shí)間僅是普通鋰離子充電電池的四分之一。循環(huán)壽命超過 3000 次，是普通鋰離子充電電池的 倍以上。所開發(fā)的復(fù)合鋰動(dòng)力電池具體性能如下：27 / 71 安全測(cè)試全部通過循環(huán)壽命超過 5000 次28 / 71可以過放電到 0V10 分鐘可以充進(jìn)去 90%的電量29 / 71存儲(chǔ)性能好 江 西 省 福 斯 特 新 能 源 有 限 公 司常 溫 存 儲(chǔ) 90天 ， 容 量 保 持 率 98%每 月 自 放 電 1%， 容 量 恢 復(fù) 率 368. BTR07107 qn07138 qn07105 qn0793 379. qn07316 qn0647101062. qn0646 后前后前 容 量 恢 復(fù) 率容 量 保 持 率內(nèi) 阻 變 化電 壓初 始 容 量批 次30 / 71江 西 省 福 斯 特 新 能 源 有 限 公 司高 溫 存 儲(chǔ) (60度 )7天 容 量 恢 復(fù) 10%, 60度 30天容 量 保 持 率 85%， 容 量 恢 復(fù) 率 9% 量 保持 率 存 儲(chǔ) 后 ，再 循 環(huán) 的內(nèi) 阻 qn012019 . qn012016 qn0546 60度 30天qn0545 qn052421 qn052420 85. 60度 7天qn052418 后前后前 容 量 恢 復(fù)率內(nèi) 阻 變 化電 壓 (V)初 始 容量?jī)?chǔ) 存條 件批 次目前復(fù)合鋰電池已經(jīng)可以規(guī)?；a(chǎn)，并在電動(dòng)自行車、摩托車、電動(dòng)汽車、可再生能源等諸多系統(tǒng)進(jìn)行了示范應(yīng)用，效果較好。二、市場(chǎng)分析全球儲(chǔ)能系統(tǒng)需求也可望隨著智能城市及綠建筑的興起而成長(zhǎng)。根據(jù)工研院材化所與 GTM 研究機(jī)構(gòu)公布的市場(chǎng)調(diào)查， 2022 年再生能源儲(chǔ)電系統(tǒng)市場(chǎng)約 億美金的規(guī)模，其中鋰電池占 24%，預(yù)估2022 年將快速成長(zhǎng)至 35 億美金，鋰電池也可望提高占有率至 40%。美國(guó)與世界范圍鋰離子電池市場(chǎng)狀況比較31 / 71數(shù)據(jù)來源：美國(guó)鋰離子動(dòng)力電池的技術(shù)現(xiàn)狀和市場(chǎng)展望數(shù)據(jù)從上表不難看出，美國(guó)鋰離子電池市場(chǎng)平均增長(zhǎng)率 %，高于世界鋰離子電池平均增長(zhǎng)率 % ，這說明美國(guó)在鋰離子電池發(fā)展上做了很大的努力，從而反映了鋰離子電池的發(fā)展趨勢(shì)。未來幾年， 鋰離子電池將成電池領(lǐng)域理想的發(fā)展目標(biāo)。美國(guó)鋰電池與鋰離子動(dòng)力電池發(fā)展概況( US$ 百萬)32 / 71數(shù)據(jù)來源：美國(guó)鋰離子動(dòng)力電池的技術(shù)現(xiàn)狀和市場(chǎng)展望數(shù)據(jù)從上表看出，相對(duì)于美國(guó)鋰離子電池市場(chǎng) %的增長(zhǎng)率，其中應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車、插電式混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車的鋰離子動(dòng)力電池以 %的增長(zhǎng)速度猛速增長(zhǎng)，說明鋰離子動(dòng)力電池在美國(guó)的市場(chǎng)越來越大。日本最新的綠能補(bǔ)助公告，日本受到國(guó)內(nèi)家用儲(chǔ)能系統(tǒng)補(bǔ)助政策的激勵(lì)，預(yù)期可創(chuàng)造出 6 百億日元的市場(chǎng)規(guī)模。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省 （METI） 也預(yù)估，日本因近年連續(xù)的天然災(zāi)害加速城鎮(zhèn)再造， 2022 年開始儲(chǔ)能系統(tǒng)將有明顯成長(zhǎng)，未來更將快速擴(kuò)展至全球各主要城市，全球儲(chǔ)能市場(chǎng)潛力可期。鋰離子動(dòng)力電池在電動(dòng)車領(lǐng)域主要包括電動(dòng)汽車和電動(dòng)自行車。電動(dòng)自行車方面，中國(guó)擁有世界最大的電動(dòng)自行車市場(chǎng)，市場(chǎng)保有量超過 億輛。目前的電動(dòng)自行車主要以鉛酸電池為主，占據(jù)了90%以上的市場(chǎng)，鋰離子動(dòng)力電池的市場(chǎng)正處于成長(zhǎng)階段。公安廳等國(guó)家四部委聯(lián)合發(fā)布了電動(dòng)自行車的管理辦法，要求嚴(yán)格執(zhí)行新國(guó)標(biāo)，規(guī)定電動(dòng)自行車的重量不能超過 40 公斤。 《中國(guó)化學(xué)與物理電源（電池）行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》提出要加大鋰離子電池在電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、公交及小型純電動(dòng)車（含低速電動(dòng)車）等領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，這就使得電動(dòng)自行車所用電池開始由鉛酸電池轉(zhuǎn)向鋰電池。據(jù)統(tǒng)計(jì)去年全年鋰電車的銷售量 120 萬輛，而今年預(yù)計(jì)將突破 200 萬輛，目前電動(dòng)自行車年產(chǎn)銷量超過 2022 萬輛，在未來的 35 年隨著國(guó)家政策的逐步落實(shí)，電動(dòng)自行車將由鉛酸電池為主變成鋰電池為主，屆時(shí)鋰電車的產(chǎn)銷量將會(huì)達(dá)到年產(chǎn) 1500 萬輛以上。33 / 71電動(dòng)汽車目前處于起步階段，中國(guó)投入了巨大資金支持進(jìn)行“十城千輛”以及“二十五個(gè)示范化運(yùn)營(yíng)試點(diǎn)城市”進(jìn)行新能源汽車的示范推廣，目前還未走向商業(yè)化。據(jù)新能源汽車發(fā)展規(guī)劃草案透露，至 2022 年純電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量達(dá) 50 萬輛以上，2020 年更是 10 倍于 2022 年的市場(chǎng)水平，這將形成規(guī)模上萬億的新能源汽車市場(chǎng)。中國(guó) 2022 年 50 萬輛新能源汽車對(duì)電池的拉動(dòng)為 60 億 WH 需求，90 億市值空間，每年為鋰電池貢獻(xiàn) 10%的復(fù)合增速，附加上電子、電動(dòng)自行車的拉動(dòng)，電池行業(yè)可保持 5 年 25%左右復(fù)合增長(zhǎng)率。2022 年 50 萬輛新能源汽車對(duì)點(diǎn)未來相關(guān)政策將集中體現(xiàn)在三方面：一是新能源汽車免征車輛購(gòu)置稅、增值稅稅率降至 13%等。二是科技資金補(bǔ)貼扶持研發(fā)企業(yè)，財(cái)政配套資金在 10 至 20 億元，此資金將集中于車型研發(fā)、電池技術(shù)與混動(dòng)大巴補(bǔ)貼。三是十城千輛計(jì)劃從現(xiàn)有的 25 個(gè)城市擴(kuò)大到全國(guó)。另有預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)認(rèn)為，動(dòng)力鋰電池很可能在未來 10 至 20 年內(nèi)發(fā)展成一個(gè)數(shù)千億美元級(jí)別的全球市場(chǎng)。 三、本項(xiàng)目對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響及產(chǎn)業(yè)延伸